Паровозыжелезнодорожный транспорт

Палец кривошипа воспринимает усилия от ведущего дышла и передаёт их колесу ведущей колёсной пары. Ведущая колёсная пара (фиг. 108) представляет собой ось с напрессованными на неё двумя колёсами. Колёса состоят из колёсных центров, на которые в горячем состоянии насаживаются бандажи. На шейках осей колёсных пар монтируются буксовые подшипники.

Фиг. 107. Общий вид задней головки ведущего дышла, оборудованной роликоподшипником Чтобы облегчить вес и получить возможность проверять качество металла, оси, как правило, делают сверлёными (пустотелыми). Колёсный центр имеет ступицу оси, обод, соединительную часть между ними, ступицу пальца и противовес. Раньше соединительную часть делали спицевой, но сейчас наибольшее распространение получили дисковые центры: они гораздо прочнее и в то же время легче спицевых. В ступицу пальца запрессовывается палец кривошипа, на который насаживается контркривошип. Противовес в колёсном центре размещается против пальца кривошипа (см. гл. IX). Бандаж — это рабочая часть колеса, соприкасающаяся внешней поверхностью с рельсами. Чтобы бандаж был износоустойчивым, его изготовляют из специальной углеродистой стали. Внутренний диаметр бандажа делают меньше диаметра обода колёсного центра примерно на 1—1,5 мм на каждый метр диаметра обода. Перед насадкой бан- даж нагревают до 250—320°; бандаж при этом расширяется и в таком виде его свободно надевают на колёсный центр. Остывая, бандаж сжимается и прочно стягивает обод центра. Для большей надёжности бандаж укрепляется ещё дополнительно с помощью специального кольца. Рабочая поверхность бандажей (поверхность катания) обтачивается на конус по специальному профилю.

Фиг. 108. Ведущая колёсная пара Такая форма бандажа облегчает паровозу прохождение кривых участков пути (поворотов). Происходит это потому, что при движении паровоза по криволинейному участку оба колеса одной и той же колёсной пары, делая одно и то же число оборотов, вследствие коничности бандажей проходят неодинаковый путь, так как внутренний рельс несколько короче наружного. Если бы поверхность бандажей была цилиндрической, то в кривых участках пути происходило бы проскальзывание колёс. Проскальзывание увеличивает сопротивление движению паровоза и приводит к быстрому износу бандажей. Колёсные пары с коническими бандажами имеют и ещё одно замечательное свойство: когда паровоз движется по прямой, колёсные пары не только сохраняют своё среднее положение, так как противоположные колёса их катятся по рельсам одинаковыми окружностями, но и стремятся воспрепятствовать всякому отклонению от этого положения. Такая устойчивость колёсных пар повышает безопасность движения. В соответствии с коничностью бандажей рельсы укладываются с некоторым уклоном внутрь колеи так, чтобы нагрузка от колёсных пар передавалась по оси рельса. В период эксплуатации паровоза его колёса совершаюг миллионы оборотов. В результате непрерывного качения колеса по рельсу и большой нагрузки в месте контакта (несколько тонн на 1 см2) рабочая поверхность бандажа, особенно ведущей колёсной пары, постепенно изнашивается. Поверхность качения (круг катания) становится желобообразной. Износ бандажей по кругу катания называют прокатом; прокат характеризуется глубиной. Бандажи колёсных пар, особенно ведущих, изнашиваются неравномерно, вследствие чего величина проката в одном месте бандажа (местный прокат) может быть на 2—3 мм больше общего проката бандажа. Это объясняется особенностью работы паровой машины и движущего механизма. Если прокат бандажей колёсных пар достигнет глубины 7 мм, эксплуатировать паровоз становится опасно. При движении паровоза с таким износом бандажей ход его делается менее плавным, учащается боксование, т. е. проворачивание (проскальзывание) движущих колёс относительно рельсов. Всё это вредно отражается на работе важнейших деталей паровоза и прежде всего деталей движущего механизма. При увеличении проката до 7 мл* и его неравномерности рабочая поверхность бандажа теряет форму правильного круга. Такой бандаж расстраивает рельсовый путь, что небезопасно для движения. Кроме того, при прокате более 7 мм гребень бандажа значительно опускается и может повредить и даже срезать стрелочные болты, а при прохождении паровоза по крестовинам стрелочных переводов может произойти даже сход колё

Паровоз строят с таким расчётом, чтобы нагрузка на рельс от колеса (в месте контакта его с рельсом) не превышала допускаемой. Чем ббльшая нагрузка приходится на рельсы, тем прочнее они должны быть. Иначе в рельсах могут возникнуть опасные напряжения. Напряжение в рельсе зависит также от расстояния между шпалами, скорости паровоза, качества балласта. Например, рельсы типа П-а допускают нагрузку от колёсной пары 18,5 т. Рельсы типа Р50 (1 пог. м таких рельсов весит 50 кг) допускают нагрузку 23 т. На наших железных дорогах уложены рельсы различных типов. Паровозы с нагрузкой на колёсную пару около 18 т могут проходить по любым участкам железнодорожного пути. Такой вездеходной машиной является, например, паровоз серии Л. Если бы полный вес паровоза был распределён только между одной ведущей колёсной парой и несколькими поддерживающими (не движущими), то наш паровоз не мог бы использовать полностью мощность паровой машины. Дело в том, что сила сцепления колёс с рельсами пропорциональна нагрузке. От силы сцепления прямо зависит и сила тяги паровоза: чем больше сила сцепления, тем больше сила тяги. Но так как нагрузку на рельс от ведущей’колёсной пары можно у1еличиватКь только до определённого предела, томила тяги такого паровоза была бы очень невелика. Для увеличения силы тяги паровоза без превышения допускаемой нагрузки на рельс нужно увеличить число движущих колесных пар которые бы подобно ведущей колёсной паре отталкива лись от рельсов и таким образом все вместе сообщали локомотиву поступательное движение. Фиг ПО. Схема распределения сцепного веса по всем колёсным парам Для этого ведущую колёсную пару соединяют (спаривают) с соседними колёсными парами; разумеется, тогда °^чи™ ™е £ приводящих паровоз в движение, увеличится. Такое спаривание осуществляется посредством дышел, которые в отличие от ведущего дышла называются сцепными. Таким образом, все спаренные (сцепные) колёсные пары, приводящие паровоз в движение, называются движущими, а одна из них, связанная ведущими дышлами с поршнями паровой машины, называется ведущей. На ведущую колёсную пару приходится примерно одна треть всех усилий, передаваемых от паровой машины на спаренные колёсные пары. Фиг. 111. Сцепные дышла: а — второе (центровое), б — первое Комплект движущих колёсных пар показан на фиг. 109. Вес паровоза, приходящийся на сцепные колёса, называют сцепным весом. Схема распределения сцепного веса по сцепным колёсным парам показана на фиг. 110. Здесь изображён паровоз,, который опирается на пять движущих колёсных пар и на бегунок. Современные паровозы имеют от трёх до пяти сцепных движущих колёсных пар. Например, грузовой паровоз серии Л имеет 5 движущих колёсных пар с нагрузкой на рельс от каждой 18,2 т. Значит, сцепной вес паровоза серии Л равен 18,2×5 = 91 т. Так как каждое сцепное дышло связывает пару соседних колёс, то число их с каждой стороны паровоза на единицу меньше числа сцепных колёс. По своей конструкции сцепные дышла сходны с ведущим дышлом. На фиг. 111 изображены второе и первое’ сцепные дышла (считая от цилиндров паровой машины).

Второе сцепное дышло (фиг. 111, а) имеет две головки с плавающими втулками и два хвостовика. Эти хвостовики входят в проушины (вилки) соседних дышел; соединение проушин с хвостовиками осуществляется при помощи валиков, называемых дышловыми. Передняя головка второго сцепного дышла пассажирского паровоза типа 2-4-2 оборудована двумя роликоподшипниками с короткими цилиндрическими роликами. Сцепные дышла навешиваются на пальцы кривошипов сцепных колёсных пар. Сцепные колёсные пары устроены аналогично ведущей колёсной паре, но они не имеют контркривошипов. Есть и ещё одно отличие их от ведущих. Ведущая колёсная пара приводится во вращение непосредственно ведущим дышлом и поэтому она работает в более тяжёлых условиях, чем сцепные. Чтобы облегчить прохождение кривых участков пути (если это требуется для данного локомотива), бандажи ведущей колёсной пары современных паровозов обычно делаются без гребней (рекорд). Остальные движущие колёсные пары, как правило, делаются с ребордами. Реборды, расположенные с внутренней стороны бандажей, предотвращают сход паровоза с рельсов. Чтобы реборды не тёрлись о рельсы во время движения по прямым участкам пути
, рабочая поверхно

С помощью золотника осуществляется впуск пара в паровую машину и выпуск из неё. Чтобы понять назначение золотника, рассмотрим сначала принцип действия паровой машины на упрощённой схеме (фиг. 83). Внутри цилиндра находится поршень, который при помощи штока соединён в точке а с ползуном, скользящим по направляющим параллелей. Ползун соединён с ведущим дышлом (шатуном). В точке б шатун связан с кривошипом колеса. Таким образом шатунно-кривошипный механизм соединяет поршень паровой машины с колесом. Поэтому если начать двигать поршень, то вместе с ним придут в движение шток и соединённый с ним шатун, который посредством кривошипа заставит колесо вращаться. Шатун в данном случае будет выполнять примерно такую же роль, как рука человека, вращающая^ ручку швейной машины. Как поступает пар us кхтла в паровую машину

В паровой машине для перемещения поршня вперёд и назад используется энергия пара. Представим себе, что в цилиндре имеется четыре крана. Краны № 1 и № 2 помещены на паровпускных трубах, а краны М3и№ 4 на паровыпускных. К первым двум кранам подводится свежий пар из котла, а два вторых выпускают этот пар из цилиндра после того, как он уже совершит работу. , Если открыть впускной кран М 1 я выпускной кран М 4, то пар из котла через кран «М 1 устремится внутрь цилиндра и будет давить во все стороны, а значит, и на поршень, который начнёт перемещаться (см фиг. 83) слева направо. Воздух, выталкиваемый поршнем с другой его стороны, будет уходить в атмосферу через Полость отработавшего пара. открытый кран № 4. Таким образом, поршень переместится в крайнее (правое) положение. Чтобы изменить направление движения поршня на обратное, нужно закрыть краны № 1 и № 4 и открыть впускной кран Л2и выпускной кран № 3. Тогда через кран № 2 свежий пар будет поступать внутрь цилиндра и своим давлением перемещать поршень в крайнее (левое) положение. При этом поршень будет выталкивать через открытый край № 3 пар, оставшийся в левой полости цилиндра. на такой быстроходной В рассмотренном примере впуск пара в машину и выпуск пара из неё осуществляется при помощи четырёх кранов, открываемых и закрываемых вручную. Паровых машин с ручным распределением пара не существует, ибо открывать и закрывать краны рукой, конечно, невозможно, тем более машине, как паровоз. Почти на всех паровозах впуск и выпуск пара производятся с помощью золотникового парораспределительного механизма. При золотниковом парораспределении роль кранов выполняет золотник, причём впуск и выпуск пара осуществляются не по четырём каналам, а только по двум, так как поочерёдно через один и тот же канал пар то впускается в цилиндр, то выпускается из него. Для размещения золотника каждый паровой цилиндр имеет сверху золотниковую камеру, в которую запрессованы цилиндрические втулки с рядом окон для впуска и выпуска пара из цилиндра. Внутри втулок перемещается золотник, состоящий из двух дисков, насаженных на одном штоке. Такой золотник называется цилиндрическим (фиг. 84). Он установлен на всех современных паровозах, работающих перегретым паром. Раньше на паровозах устанавливались плоские золотники, иначе называемые коробчатыми (фиг. 85). Они имеют тот недостаток, что при работе машины пар, поступающий из котла в золотниковую коробку своим давлением сверху прижимает плоский золотник к плоскости скольжения (зеркалу). Поэтому золотник передвигается по зеркалу с большим трением, на преодоление которого расходуется значительная работа. При высокой температуре перегретого пара плоские золотники подвержены короблению. В настоящее время они встречаются на старых паровозах, работающих насыщенным паром.

Распределение пара рассмотрим на отдельных положениях плоского золотника в зависимости от местонахождения поршня. На фиг. 86 изображена простейшая схема паровой машины с золотниковым парораспределением. Как видно из схемы, золотник и поршень связаны с колесом, имеющим два кривошипа — поршневой и золотниковый (контркривошип). При движении поршня вместе с ним придут в движение ползун и шатун; последний посредством кривошипа заставит колесо вращаться. Вращаясь, оно в свою очередь с помощью контркривошипа и золотниковой тяги заставит двигаться золотник. При такой связи каждому перемещению поршня будет соответствовать

определённое перемещение золотника. В этом и состоит автоматичность его движения. В цилиндре при наличии поршня различают две полости: заднюю (левую) и переднюю (правую). Проследим, как золотник распределяет пар в каждую из полостей за один оборот колеса.

Фиг. 86. Схема паровой машины с золотниковым парораспределением Для простоты будем считать, что контркривошип размещён относительно кривошипа под углом 90° (см.’фиг. 86). Ширина опорных поверхностей бортов золотника равна ширине паровых окон (см. фиг. 85). Установим всю систему в исходное положение (фиг. 87): поршень занимает крайнее левое (заднее) положение, кривошип рас-

Фиг. 87. Поршень в левом крайнем положении. Золотник в среднем положении положен горизонтально, контркривошип — вертикально, при этом золотник займёт среднее положение. В таком положении он не пропустит пара в цилиндр и не выпустит его из цилиндра. Приведём в движение шатунно-кривошипный механизм. Передвигаясь вправо, золотник наружной кромкой левого борта будет постепенно открывать левое окно, давая таким образом доступ пара в левую полость (фиг. 88), и в то же время внутренней кромкой правого борта открывать правое окно, выпуская пар из правой полости цилиндра. Заметим, что в начале хода поршня и поршень и золотник двигаются в одну сторону. После того как колесо сделает четверть оборота, золотник начнёт двигаться обратно, а поршень будет продолжать движение в том же направлении. К этому моменту Фиг. 88. Поршень в среднем положении. Золотник в крайнем положении. Наибольшее открытие окон поршень пройдёт приблизительно половину своего пути, и открытие паровых окон будет наибольшим (см. фиг. 88). Ещё через четверть оборота золотник полностью закроет паровые окна, заняв снова среднее положение, а поршень придёт в крайнее правое положение (фиг. 89). Перемещение поршня от одного крайнего положения до другого называется ходом поршня. Каждому ходу поршня со- Фиг. 89. Поршень в крайнем правом положении. Золотник в среднем положении ответствует полуоборот колеса (поворот кривошипа на 180°). Таким образом, ход поршня равен удвоенному радиусу кривошипа. Мы рассмотрели работу золотника при ходе поршня в одну сторону (слева направо) за полуоборот колеса. При движении поршня в обратную сторону золотник опять отклонится от среднего положения, но теперь уже в противоположную сторону. Через четверть оборота колеса он полностью откроет

паровые окна: правые для впуска и левые для выпуска пара (см. фиг. 86). Поршень в этот момент снова займёт приблизительно среднее положение. Ещё через четверть оборота золотник и поршень займут исходное положение, золотник — среднее, поршень крайнее левое (см. фиг. 87). Это будет соответствовать началу второго хода поршня, или началу второго оборота колеса. Когда поршень находится в крайних положениях, то между ним и одной из крышек цилиндра образуется некоторое пространство. Заполняя это пространство, пар полезной работы по перемещению поршня произвести не может. Поэтому пространство, образующееся между крышкой цилиндра и поршнем, когда поршень находится в крайнем положении, называют «вредным». Вредным является также пространство паровпускных каналов цилиндров. Дальше мы узнаем, что вредное пространство является одновременно и полезным. Характ